JP3597611B2

JP3597611B2 - 実装機におけるマーク認識用照明装置

Info

Publication number: JP3597611B2
Application number: JP27292595A
Authority: JP
Inventors: 剛志民輪; 克彦鈴木
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2015-10-20
Also published as: JPH09116297A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実装機においてプリント基板に付されたフィデューシャルマーク等をカメラで撮像して認識する場合に用いる照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、プリント基板に電子部品を実装する実装機においては、プリント基板の位置検出等のために、プリント基板に付されているマークを撮像してこれを認識することは一般に行なわれている。
【０００３】
すなわち、この種の実装機は、搬送手段によりプリント基板を所定位置に搬送した後、吸着ノズルを備えた移動可能なヘッドユニットにより、部品供給部から部品を吸着し、これをプリント基板上の目的位置へ装着するようになっているが、この装着作業を正確に行なうためには、搬送手段により搬送されたプリント基板の位置を検出することが必要である。このため、例えば特開昭７−３７１０４号公報に示されるように、上記プリント基板に円形のマーク（フィデューシャルマーク）を予め付しておくようにする一方、上記ヘッドユニットにマーク撮像用のカメラを装備し、上記ヘッドユニットを所定のマーク認識位置まで移動させてから上記カメラでマークを撮像し、その画像を処理してマークの中心位置を求める等のマーク認識が行なわれるようになっている。
【０００４】
また、このようにプリント基板に付されたマークの認識を行なう場合、上記ヘッドユニットには上記カメラに加えて照明装置が設けられる。
【０００５】
この照明装置は、従来、例えば図９（底面図）に示すように、カメラ１２５の下方に配置された照明ユニット１３０のハウジング１３１に、光源となる多数のＬＥＤ（発光ダイオード）１３５を配設するとともに、これらＬＥＤ１３５の輝度を調整することによって光源の全体的な明るさを調整するボリューム１３７を具備している。そして、マーク認識時には、カメラ１２５及び照明ユニット１３０をプリント基板のマークの上方に位置させるとともに、プリント基板上面におけるマークとその付近の所定範囲に上記各ＬＥＤ１３５から略均一に光を照射し、この状態でカメラによりマークの撮像を行なうようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、基板上面及びこれに付されたマークの色合いや表面状態は各種プリント基板によって様々に異なっており、上記のような従来の照明装置によると、各種プリント基板に対して必ずしもマーク認識に適した照明状態を与えることができない場合があった。
【０００７】
具体的に説明すると、一般にこの種のマーク認識処理は、上記カメラにより撮像された画像から２値化処理等で濃淡が区別され、例えば基板上面より明度の高い色のマークが付されていれば画像におけるマーク部分が明、それ以外の部分が暗として区別され、逆に基板上面より明度の低い色のマークが付されていれば画像におけるマーク部分が暗、それ以外の部分が明として区別される。この場合に、照明ユニット１３０の各ＬＥＤ１３５から略均一に光を照射するだけでは、基板上面及びマークの色合いや表面状態によっては画像上のマーク部分とそれ以外の部分との濃淡の差が少なくなり、上記２値化処理等を行なってもマーク部分とそれ以外の部分との区別を精度良く行なうことが困難となる場合がある。
【０００８】
なお、この場合に、上記ボリューム１３７によって光源の明るさを調整したとしても、画像が全体的に明るく、または暗くなるだけで濃淡を強調することはできない。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑み、基板上面及びマークの色合いや表面状態が様々に異なる各種プリント基板に応じ、カメラで撮像される画像のマーク部分とそれ以外の部分との濃淡を強調し得るように照明状態を調整することができるマーク認識用照明装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のマーク認識用照明装置は、プリント基板に付されたマークを撮像するためのカメラと、このカメラの光軸の周囲に配置された照明用の光源とをヘッドユニットに装備し、マーク認識時に上記カメラを上記マークの上方に位置させた状態で上記光源からプリント基板上に光を照射しつつ上記カメラで上記マークの撮像を行なうようにした実装機において、上記カメラの光軸の周囲に配設され、この光軸からの距離が異なる複数グループの発光体からなる光源と、上記各発光体の輝度をグループ別にそれぞれ調節する輝度調節手段と、上記輝度調節手段を制御する制御装置とを備え、上記制御装置は、鮮明な画像を得るための上記各発光体の輝度の適正値を求める照明調整作業を自動的に行なう機能を有するものであって、照明調整作業時に、上記カメラで上記マークの撮像を行ない、その画像から求められるマーク外形のデータと予め制御装置内に記憶されているマーク形状のデータとを比較することによってマーク認識が良好であるか否かを判別することにより上記画像の鮮明度を判別し、その判別が良好となるまで上記光軸に近いグループの輝度と光軸から遠いグループの輝度との比率を変更して、判別が良好となったときの上記各グループの発光体の輝度を適正値として記憶するようになっているものである。
【００１１】
この装置によると、光軸に近いグループの発光体の輝度を高めるようにした場合と光軸から遠いグループの発光体の輝度を高めるようにした場合とで、カメラにより撮像された画像におけるマーク部分とマーク以外の基板上面部分との明暗の状態が変化するため、各種プリント基板によって様々に異なる基盤上面及びマークの色合いや表面状態に応じ、マーク部分とそれ以外の部分との濃淡を強調して画像を鮮明にするように発行状態を調整することが可能となる。そして、上記制御装置によって自動的に照明調整作業が行われることにより、カメラで撮像されるマークの画像の鮮明度が高められ、マークの認識とそれに基づくプリント基板の位置検出等の処理の精度が高められることとなる。
【００１２】
さらに、上記制御手段は、上記適正値を記憶させるメモリを備え、実装作業に際してのマーク認識時には上記メモリに格納された適正値で前記マークの撮像を行なうことが好ましい。
【００１３】
また、この発明の装置において、上記カメラの光軸を中心とした内外二重の同心円上に発光体を配設し、内側の円周上に位置する第１グループの発光体と外側の円周上に位置する第２グループの発光体とに対してそれぞれ輝度調節手段を設けることが好ましい。
【００１４】
このようにすると、画像を鮮明にするような発光状態の調整が容易に可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１および図２は実装機全体の構造を示している。これらの図において、基台１上には、プリント基板搬送用のコンベア２が配置され、プリント基板３が上記コンベア２上を搬送され、所定の装着作業用位置で停止されるようになっている。
【００１７】
上記コンベア２の側方には、部品供給部４が配置されている。この部品供給部４は多数列のテープフィーダー４ａを備えており、各テープフィーダー４ａはそれぞれ、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の電子部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるようにするとともに、テープ繰り出し端にはラチェット式の送り機構を具備し、後述のヘッドユニット５により電子部品がピックアップされるにつれてテープが間欠的に繰り出されるようになっている。
【００１８】
また、上記基台１の上方には、部品装着用のヘッドユニット５が装備され、このヘッドユニット５はＸ軸方向（コンベア２の方向）およびＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動することができるようになっている。
【００１９】
すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向に延びる一対の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９により回転駆動されるボールねじ軸８とが配設され、上記固定レール７上にヘッドユニット支持部材１１が配置されて、この支持部材１１に設けられたナット部分１２が上記ボールねじ軸８に螺合している。また、上記支持部材１１には、Ｘ軸方向に延びるガイド部材１３と、Ｘ軸サーボモータ１５により駆動されるボールねじ軸１４とが配設され、上記ガイド部材１３にヘッドユニット５が移動可能に保持され、このヘッドユニット５に設けられたナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１４に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ９の作動によりボールねじ軸８が回転して上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりボールねじ軸１４が回転して、ヘッドユニット５が支持部材１１に対してＸ軸方向に移動するようになっている。
【００２０】
上記Ｙ軸サーボモータ９およびＸ軸サーボモータ１５にはそれぞれエンコーダからなる位置検出手段１０，１６が設けられており、これによって上記ヘッドユニット５の移動位置検出がなされるようになっている。
【００２１】
上記ヘッドユニット５には、部品を吸着するための吸着ノズル２０が設けられている。この吸着ノズル２０は、昇降（Ｚ軸方向の移動）および中心軸（Ｒ軸）回りの回転が可能とされ、ヘッドユニット５に装備されたＺ軸サーボモータ２１およびＲ軸サーボモータ２２により作動されるようになっている。各サーボモータ２１，２２にはそれぞれ位置検出手段２３，２４が設けられ、これらによって吸着ノズル２０の移動位置検出がなされるようになっている。また、吸着ノズル２０は図外の負圧供給手段にバルブ等を介して接続され、実装作業時に、吸着ノズル２０に負圧が供給されることにより部品の吸着が行われるようになっている。
【００２２】
さらにヘッドユニット５には、基板認識用のカメラ２５と、照明ユニット３０とが装備されている。上記カメラ２５は、実装作業にあたってプリント基板３の位置ずれ等を調べるため、図３に示すように予めプリント基板３に付されている円形のマーク（フィデューシャルマーク）Ｍを撮像するもので、ヘッドユニット５に下向きに取り付けられており、コンベア２によって搬送されたプリント基板３が所定の作業位置に保持された状態で、ヘッドユニット５がプリント基板３上の所定位置まで移動されてから、このカメラ２５によりマークＭの撮像が行われるようになっている。
【００２３】
図３及び図４に示すように、上記照明ユニット３０は、上記カメラ２５の下方に配置されたハウジング３１内に、光源を構成する発光体としての多数のＬＥＤ３５，３６を具備している。
【００２４】
上記ハウジング３１は、上面部及び四方側面部を有する枠状に形成されるとともに、上面部の中央に、カメラ２５の光軸Ａを中心とした所定の大きさの貫通孔３２を有し、この貫通孔３２を通して被写体からの光がカメラ２５に入射されるようになっている。そして、このハウジング３１内において、上記貫通孔３２の周囲に、上記光軸Ａからの距離が異なる複数グループのＬＥＤ３５，３６が配設されている。当実施形態では、上記光軸Ａを中心とした内外二重の同心円上にＬＥＤ３５，３６が配設され、つまり、上記貫通孔３２に近接した内側の円周上に第１グループのＬＥＤ３５が周方向当間隔で配設されるとともに、これよりも外側の円周上に第２グループのＬＥＤ３６が周方向当間隔で配設されている。
【００２５】
また、上記両グループのＬＥＤ３５，３６に対してそれぞれ、輝度調節手段としての電流調整器３７，３８が設けられ、これら電流調整器３７，３８によりＬＥＤ３５，３６に対する電流供給量がグループ別に独立して調整可能となっている。なお、上記各電流調整器３７，３８は、例えば照明ユニット３０に具備された操作部が手動で操作されることに応じて電流供給量の調整を行なう。あるいは、図４中及び図５中に示すように、実装機に装備されている制御装置４０に電気的に接続されることにより、制御装置４０からの信号に応じて電流供給量の調整を行なうようになっている。
【００２６】
図５は上記基板認識用カメラ２５による撮像に基づいて画像処理を行なう制御系統を示し、この図において、カメラ２５からの画像情報は、実装機に装備されている制御装置４０に入力される。この制御装置４０は、上記カメラ２５からの画像情報をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４１と、Ａ／Ｄ変換された画像情報を記憶する画像メモリ４２と、画像メモリ４２から読み出し情報をＤ／Ａ変換してモニタテレビ４３に出力するＤ／Ａ変換器４４とを含む。さらに制御装置４０は、記憶装置としてのＲＯＭ４５及びＲＡＭ４６、各種演算制御処理を行なうＣＰＵ４７、外部作動機器に対する出力用のポート４８等を含んでいる。そして、後述のように制御装置４０によって自動的にＬＥＤ３５，３６の輝度が調整される。
【００２７】
当実施形態の装置によるマーク認識用照明調整方法を、次に説明する。
【００２８】
マーク認識用照明の調整の際には、プリント基板３が所定の作業用位置に搬入されるとともに、上記ヘッドユニット５が所定のマーク認識位置まで移動されることにより、上記ヘッドユニット５に装備されたカメラ２５及び照明ユニット３０がプリント基板３のマークＭの上方に位置する状態とされる。この状態で、照明ユニット３０からプリント基板３上に光が照射されるとともに、上記カメラ２５によりマークＭの撮像が行なわれる。
【００２９】
この場合、上記各ＬＥＤ３５，３６から照射される光の強さ（輝度）を第１グループと第２グループとで相対的に変化させると、カメラ２５により撮像される画像の濃淡の状態が変化する。これを、図６及び図７によって具体的に説明する。なお、図６（ａ）、図７（ａ）はマークＭが付されたプリント基板３に対する上記各ＬＥＤ３５，ＬＥＤ３６からの光の入射及び反射を示すものであって、白抜き矢印は第１グループのＬＥＤ３５から照射された光、黒塗矢印は第２グループのＬＥＤ３６から照射された光を示しており、各矢印の太さは光の強さを表している。また、図６（ｂ）、図７（ｂ）はカメラ２５で撮像されたマークの画像を示すものであって、図中の車線部分は暗の部分、白い部分は明の部分を表している。
【００３０】
プリント基板３におけるマークＭの表面が鏡面に近い平滑面、マーク以外の基板上面３ａが微小な凹凸を有する粗面となっている場合、マークＭの表面に照射された光は入射方向と対称方向に反射し、基板上面３ａに照射された光は乱反射する。
【００３１】
このような条件下において、上記照明ユニット３０の光源を構成するＬＥＤのうちで内側に位置する第１グループのＬＥＤ３５の光を強くし、第２グループのＬＥＤ３６の光を弱くする（あるいはこのＬＥＤ３６を消灯する）と、図６（ａ）に示すように、第１グループのＬＥＤ３５から上記マークＭに照射される光は入射方向及び反射方向が光軸Ａに近いため、その反射光の多くがカメラに受光され、一方、基板上面３ａに照射された光は乱反射して一部のみがカメラに受光される。従ってその画像としては、図６（ｂ）に示すように、相対的にマーク部分Ｍｐが明るく、その周囲の基板上面部分が暗くなる傾向となる。
【００３２】
また、光源を構成するＬＥＤのうちで外側に位置する第２グループのＬＥＤ３６の光を強くし、第１グループのＬＥＤ３５の光を弱くする（あるいはこのＬＥＤ３５を消灯する）と、図７（ａ）に示すように、第２グループのＬＥＤ３６から上記マークＭに照射される光は入射角及び反射角が大きくて、その反射光は光軸Ａから大きく離れるため、カメラに殆ど受光されず、一方、基板上面３ａに照射されて乱反射した光の一部はカメラに受光される。従ってその画像としては、図７（ｂ）に示すように、相対的にマーク部分Ｍｐが暗く、その周囲の基板上面部分が明るくなる傾向となる。
【００３３】
そして、上記の図６，図７に示すようなマークＭ及び基板３の表面状態と光の照射状態とに応じた傾向と、マークＭ及び基板上面の本来の色合い（とくに明度）とが画像の濃淡に関係する。このため、例えばマークＭが基板３より明るい色のものである場合は、図６のように第１グループのＬＥＤ３５の光を強くすることでマーク部分と他の部分との明暗が強調されて画像の鮮明度が高められ、また、マークＭが基板３より暗い色のものである場合は、図７のように第２グループのＬＥＤ３６の光を強くすることで明暗が強調されて画像の鮮明度が高められる。
【００３４】
このような照明調整作業は、上記制御装置４０により、図８に示すフローチャートに従って自動的に行なわれる。
【００３５】
すなわち、このフローチャートの処理がスタートすると、予め記憶されている基板データからマーク形状が入力され（ステップＳ１）、次いで、ヘッドユニット５が駆動されてマーク認識位置へ移動する（ステップＳ２）。それから、第１，第２グループの各ＬＥＤ３５，３６の輝度が暫定的に設定されて（ステップＳ３）、各ＬＥＤ３５，３６から光が照射されつつ、カメラ２５による撮像が行なわれてマークＭの画像が取込まれる（ステップＳ４）。そして、その画像データに基づき、輪郭追跡等の手法で画像におけるマークの外形が調べられ、これとステップＳ１で入力したマーク形状のデータとが比較されることにより、マーク認識が良好であったか否かが判定される（ステップＳ５）。これにより、画像におけるマークの鮮明度が間接的に判別される。
【００３６】
マーク認識が良好でなければ、内側（第１グループ）のＬＥＤ３５の輝度及び外側（第２グループ）のＬＥＤ３６の輝度がそれぞれ変更され、この場合、例えば内側のＬＥＤ３５の輝度が高められるときは外側のＬＥＤ３６の輝度が低くされるというように、内側のＬＥＤ３５の輝度と外側のＬＥＤ３６の輝度との比率が変えられる（ステップＳ６）。そして、輝度が変更されると再度マーク画像が読み込まれてマーク認識の良否が判定され、これらの処理（ステップＳ４〜Ｓ６）が、マーク認識が良好となるまで繰り返される。
【００３７】
マーク認識が良好となれば、そのときのＬＥＤ３５，３６の輝度が適正値として決定される（ステップＳ７）。
【００３８】
以上のような自動的な照明調整作業は、実装作業が行なわれる前の準備段階で行なわれる。そして、ＬＥＤ３５，３６の輝度の適正値が決定されると、その後の実装作業に際してのマーク認識時に、同一種類の基板についてはＬＥＤ３５，３６の輝度が上記適正値に保たれつつ、カメラ２５によりマークＭの撮像が行なわれる。そして、その画像に基づいてマークＭの中心位置の計測、基板３の位置ずれの計算及びそれに応じた補正等の処理が行なわれる。
【００３９】
実装されるプリント基板３の種類が変わった場合は、改めて上記の照明調整作業を行なうようにすればよい。あるいは、予め各種プリント基板についてそれぞれ上記のような照明調整作業を行ない、それぞれにおけるＬＥＤ３５，３６の輝度の適正値をプリント基板に対応づけたデータとして制御装置４０のメモリに記憶させておくようにしてもよい。
【００４０】
なお、上記実施形態では、上記各グループのＬＥＤ３５，３６に対する輝度調整手段として、ＬＥＤ３５，３６の輝度を無段階に調整し得る電流調整器３７，３８を設けているが、輝度調整手段は段階的にＬＥＤの輝度を変更するものであってもよい。あるいは、単に各グループのＬＥＤ３５，３６をオンとオフとに切替えるスイッチ手段によって輝度調整手段を構成してもよい。この場合も、各グループに対して個別にスイッチ手段を設け、ＬＥＤ３５，３６のオン、オフをグループ別に独立して行ない得るようにしておくことにより、光軸に近い内側のＬＥＤ３５から光を照射する状態と、光軸から遠い外側のＬＥＤ３６から光を照射する状態と、両方のＬＥＤ３５，３６から光を照射する状態とに変更可能となり、プリント基板３及びこれに付されたマークの色合いや表面状態等に応じ、鮮明な画像が得られるように発光状態を変更することができる。
【００４１】
また、照明ユニット３０におけるＬＥＤの配置は、上記実施形態に示すような内外二重の同心円上の配置に限らず、内外三重以上の同心円上の配置や、同心円上の配置以外の配置であってもよいが、少なくとも光軸のまわりにＬＥＤを内外に分散させて配置するとともに、これらを光軸に近いグループと光軸から遠いグループとに分けて、グループ別に輝度を調整し得るようにしておけばよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明のマーク認識用照明装置は、ヘッドユニットに装備したカメラの光軸の周囲に、この光軸からの距離が異なる複数グループの発光体からなる光源を配設するとともに、上記各発光体の輝度をグループ別にそれぞれ調節する輝度調節手段と、上記輝度調節手段を制御する制御装置とを備え、照明調整作業時に、上記カメラで上記マークの撮像を行ない、マーク認識が良好であるか否かを判別することにより上記画像の鮮明度を判別し、その判別が良好となるまで上記光軸に近いグループの輝度と光軸から遠いグループの輝度との比率を変更して、上記各グループの発光体の輝度の適正値をもとめるようにしているため、カメラで撮像されるマークの画像の鮮明度を高め、マークの認識とそれに基づくプリント基板の位置検出等の処理を精度良く行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマーク認識用照明装置が適用される実装機の一例を示す平面図である。
【図２】上記実装機の正面図である。
【図３】基板認識用のカメラ及び照明装置の正面図である。
【図４】上記照明装置の底面図である。
【図５】制御装置を示すブロック図である。
【図６】光源における内側のＬＥＤの光を強くした場合の照明状態及び画像を示すものであって、（ａ）はマークが付されたプリント基板に対する各ＬＥＤからの光の入射及び反射を示す説明図、（ｂ）はマークの画像を示す説明図である。
【図７】光源における外側のＬＥＤの光を強くした場合の照明状態及び画像を示すものであって、（ａ）はマークが付されたプリント基板に対する各ＬＥＤからの光の入射及び反射を示す説明図、（ｂ）はマークの画像を示す説明図である。
【図８】照明調整方法を制御手段により自動的に行なうようにする場合の処理を示すフローチャートである。
【図９】従来の装置を示す底面図である。
【符号の説明】
５ヘッドユニット
２５カメラ
３０照明ユニット
３５，３６ＬＥＤ
３７，３８電流調整器
４０制御装置

Claims

プリント基板に付されたマークを撮像するためのカメラと、このカメラの光軸の周囲に配置された照明用の光源とをヘッドユニットに装備し、マーク認識時に上記カメラを上記マークの上方に位置させた状態で上記光源からプリント基板上に光を照射しつつ上記カメラで上記マークの撮像を行なうようにした実装機において、
上記カメラの光軸の周囲に配設され、この光軸からの距離が異なる複数グループの発光体からなる光源と、
上記各発光体の輝度をグループ別にそれぞれ調節する輝度調節手段と、
上記輝度調節手段を制御する制御装置とを備え、
上記制御装置は、鮮明な画像を得るための上記各発光体の輝度の適正値を求める照明調整作業を自動的に行なう機能を有するものであって、照明調整作業時に、上記カメラで上記マークの撮像を行ない、その画像から求められるマーク外形のデータと予め制御装置内に記憶されているマーク形状のデータとを比較することによってマーク認識が良好であるか否かを判別することにより上記画像の鮮明度を判別し、その判別が良好となるまで上記光軸に近いグループの輝度と光軸から遠いグループの輝度との比率を変更して、判別が良好となったときの上記各グループの発光体の輝度を適正値として記憶するようになっている
ことを特徴とする実装機におけるマーク認識用照明装置。
上記制御手段は、上記適正値を記憶するメモリを備え、
実装作業に際してのマーク認識時には上記メモリから読み出した適正値に上記各グループの発光体の輝度を調整した状態で前記マークの撮像を行なう
ことを特徴とする請求項１記載の実装機におけるマーク認識用照明装置。
上記カメラの光軸を中心とした内外二重の同心円上に発光体を配設し、内側の円周上に位置する第１グループの発光体と外側の円周上に位置する第２グループの発光体とに対してそれぞれ輝度調節手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の実装機におけるマーク認識用照明装置。